LASERSTRAHLUNG

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, umfassend eine Sendeeinheit, von welcher ausgehend sich ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet sind, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft.

Derartige Einrichtungen zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung sind bekannt.

Das Problem derartiger Einrichtungen besteht darin, diese ausreichend sicher betreiben zu können, da jeder Kontakt eines Fremdobjekts mit dem energieübertragenden Laserstrahl entweder zur Schädigung des Fremdobjekts oder zu einer Schädigung anderer Fremdobjekte führen kann.

Unter einem Fremdobjekt ist dabei jedes Objekt, sei es ein Lebewesen oder ein Gegenstand, zu verstehen, welches nicht Teil der Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit derartiger Einrichtungen zu verbessern. Diese Aufgabe wird bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Hüllraumüberwachung vorgesehen ist, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Signal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass somit ein Kontakt zwischen dem Fremdobjekt und dem energieübertragenden Laserstrahl verhindert werden kann und somit daraus resultierende Schäden nicht entstehen können.

Die Hüllraumüberwachung kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.

Eine Art der Hüllraumüberwachung sieht vor, dass diese den Hüllraum im Hinblick auf ein in den Hüllraum eingetretenes Fremdobjekt überwacht.

Dabei ist es insbesondere unerheblich, in welcher Weise das Fremdobjekt in den Hüllraum eingetreten ist.

Die Hüllraumüberwachung stellt in diesem Fall somit fest, ob ein fremd- objektfreier Ausgangszustand verändert wurde und diese Veränderung des Ausgangszustands wird einem Eintreten eines Fremdobjekts zugeordnet.

Eine andere Möglichkeit der Konzeption der Hüllraumüberwachung sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in dem Hüllraum bewegendes Fremdobjekt erfasst, das heißt, dass die Hüllraumüberwachung primär darauf abstellt, dass sich das Fremdobjekt bewegt.

Hinsichtlich der Ausbildung des Hüllraums wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen keine näheren Angaben gemacht. So könnte der Hüllraum sich nur über einen Teilbereich der Längserstreckung des Laserstrahls ausdehnen.

Eine besonders sichere Lösung sieht jedoch vor, dass der Hüllraum sich längs des gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfängereinheit erstreckt.

Damit ist der gesamte Verlauf des Laserstrahls durch die Überwachung des Hüllraums abgesichert.

Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum längs eines gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfangseinheit überwacht.

Die Hüllraumüberwachung könnte dabei in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen.

Beispielsweise wäre eine Hüllraumüberwachung mit Ultraschall denkbar.

Eine besonders günstige Lösung, die insbesondere eine präzise auswertbare und schnelle Erfassung eines Fremdobjekts gewährleistet, sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum optisch überwacht.

Eine besonders zweckmäßige Art der Überwachung des Hüllraums sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung sich durch den Hüllraum hindurch ausbreitende elektromagnetische Strahlung mit einem Detektor detektiert, wobei insbesondere ein Fremdobjekt die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung verhindert oder verändert, was durch den Detektor erfasst wird . Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung mindestens ein der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnetes Detektorelement umfasst, welches von der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit kommende elektromagnetische Strahlung detektiert.

Das heißt, dass die elektromagnetische Strahlung zumindest den Hüllraum von der Empfangseinheit zur Sendeeinheit oder von der Sendeeinheit zur

Empfangseinheit durchläuft.

Dabei kann die elektromagnetische Strahlung durch eine Hintergrundbeleuchtung oder eine externe Lichtquelle erzeugt werden.

Eine besonders zweckmäßige Lösung sieht jedoch vor, dass die Hüllraumüberwachung die elektromagnetische Strahlung in Form eines Strahlungsfeldes erzeugt.

Bei diesen vorstehend beschriebenen Lösungen kann dabei das zu

detektierende Strahlungsfeld unterschiedlich ausgebildet sein.

Eine Möglichkeit sieht vor, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein nicht kohärentes Strahlungsfeld ist.

Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein kohärentes Strahlungsfeld ist.

Das Strahlungsfeld lässt sich dabei in unterschiedlichster Art und Weise realisieren.

Beispielsweise könnte das Strahlungsfeld ein den Hüllraum insbesondere in seiner näherungsweise parallel zum energieübertragenden Laserstrahl verlaufenden Längsrichtung durchsetzendes Strahlungsfeld sein, welches quer zur Längsrichtung zusammenhängend, das heißt unterbrechungsfrei, ausgebildet ist. Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Strahlungsfeld einzelne, den Hüllraum in seiner näherungsweise parallel zum energieübertragenden Laserstrahl verlaufenden Längsrichtung durchsetzende Strahlungsfeldbündel umfasst.

In diesem Falle ist insbesondere vorgesehen, dass jedes Strahlungsfeldbündel durch ein Laserstrahlungsfeld gebildet ist.

Unter einem näherungsweise zum energieübertragenden Laserstrahl parallelen Verlauf der Längsrichtung ist dabei ein Verlauf zu verstehen, der mit dem Laserstrahl maximal einen Winkel von 10° einschließt.

Hinsichtlich der Anordnung der Strahlungsquelle zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar.

Eine vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, dass eine Strahlungsquelle der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnet ist.

Vorzugsweise ist dabei eine Strahlungsaustrittseinheit starr mit der

Abstrahloptik der Sendeeinheit und/oder der Strahlaufnahmeoptik der

Empfangseinheit verbunden.

Eine hinsichtlich der Überwachung des Hüllraums besonders zweckmäßige Lösung sieht vor, dass der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit ein Reflektor für von der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit kommende und den Hüllraum durchsetzende elektromagnetische Strahlung zugeordnet ist, welche diese parallel zur Einfallsrichtung zurückreflektiert.

Ein derartiger Reflektor hat den Vorteil, dass sowohl die Strahlungsquelle als auch der mindestens eine Detektor entweder an der Sendeeinheit oder der Empfangseinheit angeordnet werden können und die jeweils andere Einheit, das heißt die Empfangseinheit oder die Sendeeinheit lediglich den Reflektor aufweist, so dass die elektromagnetische Strahlung den Hüllraum in der Längsrichtung zweifach durchsetzt.

Dabei kann die Reflektoreinheit als einfacher Spiegel ausgebildet sein.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Reflektoreinheit

Retroreflektoren umfasst, die aus jeder Einfallsrichtung die elektromagnetische Strahlung entgegengesetzt zu ihrer Einfallsrichtung zurückreflektieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, dass die Einrichtung mit einer Zielüberwachung versehen ist, welche sicherstellt, dass der energieübertragende Laserstrahl stets die Empfangseinheit, insbesondere die Strahlaufnahmeoptik der Empfangseinheit, trifft, so dass Fehlausrichtungen des energieübertragenden Laserstrahls relativ zur Empfangseinheit zumindest schnell erkannt, oder noch besser vermieden werden können.

Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Zielüberwachung ein der

Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Sendeeinheit proportionales Intensitätssignal mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Empfangseinheit proportionalen Intensitätssignal vergleicht und daraus eine Zielausrichtung des energieübertragenden Laserstrahls ermittelt und folglich bei diesem Vergleich erkennt, ob eine Fehlausrichtung vorliegt oder nicht.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zielerfassung bei einer Fehlausrichtung ein Abschaltsignal erzeugt, welches die Sendeeinheit veranlasst, das

Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls zu unterbinden.

Somit dient auch eine derart beschriebene Zielerfassung dazu, die erfindungsgemäße Einrichtung mit größtmöglicher Sicherheit zu betreiben. Eine weitere vorteilhafte Lösung der Aufgabe, die alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Lösungen eingesetzt werden kann, und zur Erhöhung der Sicherheit beiträgt, sieht vor, dass ein die Einrichtung aufnehmender Betriebsraum durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende Betriebsraumüberwachung überwacht ist.

Mit einer derartigen Betriebsraumüberwachung besteht die Möglichkeit, Fremdobjekte zu erkennen und deren Bewegungen in dem Betriebsraum zu erfassen.

Insbesondere besteht die Möglichkeit, mit einer derartigen Betriebsraumüberwachung zu erfassen, ob sich beispielsweise ein Fremdobjekt in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls oder in Richtung der Sendeeinheit oder in Richtung der Empfangseinheit oder von diesen weg bewegt.

Eine derartige Betriebsraumüberwachung kann ebenfalls in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen.

Beispielsweise sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Betriebsraumüberwachung in herkömmlicher weise mit Ultraschall arbeitet und dadurch den Betriebsraum überwacht.

Eine, den Betriebsraum im Hinblick auf ein Fremdobjekt präziser überwachende Lösung, sieht vor, dass die Betriebsraumüberwachung ein den Betriebsraum erfassendes Kamerasystem umfasst, so dass mittels einer Bildauswertung der von dem Kamerasystem aufgenommenen Bildern die Möglichkeit besteht, einerseits Fremdobjekte zu identifizieren und andererseits

Bewegungen der Fremdobjekte zu erfassen.

Dabei ist es denkbar, dass das Kamerasystem den Betriebsraum als Ganzes erfasst. Eine andere Vorgehensweise sieht vor, dass das Kamerasystem einzelne Teilbereiche des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst.

Dabei besteht beispielsweise die Möglichkeit, selektiv sicherheitsrelevante Teilbereiche des Betriebsraums zu erfassen und andere Teilbereiche zu ignorieren.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, sicherheitsrelevante Teilbereiche mit höherer Präzision oder mit größerer Häufigkeit zu erfassen als andere, weniger sicherheitsrelevante Teilbereiche.

Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, den gesamten Betriebsraum dadurch zu erfassen, dass sämtliche Teilbereiche des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst werden.

Vorzugsweise lässt sich die Betriebsraumüberwachung derart betreiben, dass sie beim Erkennen eines sich im Betriebsraum bewegenden Fremdobjekts ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Es ist aber auch möglich, beim Erfassen eines Fremdobjekts im Betriebsraum dessen Bewegungsprofil zu ermitteln und das Abschaltsignal nur dann zu erzeugen, wenn sich das Fremdobjekt in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls oder in Richtung der Sendeeinheit oder in Richtung der

Empfangseinheit bewegt.

Die Betriebsraumüberwachung könnte dabei nach definierten Zeitintervallen oder nach einzeln vorgebbaren Zeitintervallen erfolgen.

Um ein möglichst hohes Sicherheitsniveau zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebsraumüberwachung den Betriebsraum während der Energieübertragung durch den Laserstrahl ständig überwacht. Alternativ oder ergänzend zu den eingangs beschriebenen Ausführungsformen sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zur Lösung der Aufgabe vor, dass die Sendeeinheit, der energieübertragende Laserstrahl und die

Empfangseinheit in einem Betriebsraum angeordnet sind, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem umschlossen ist.

Unter einem aktiven Laserschutzwandsystem ist dabei zu verstehen, dass ein derart aktives Laserschutzsystem bei Beaufschlagung durch einen energiereichen Laserstrahl aktiv ein diese Beaufschlagung anzeigendes Signal erzeugt.

Insbesondere umfasst ein derartiges Laserschutzwandsystem mehrere

Wandelemente, wobei bei Beaufschlagung eines der Wandelemente des Laserschutzwandsystems durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Ein energiereicher Laserstrahl ist dabei ein Laserstrahl, der durch Fehlausrichtung oder jede Art von Umlenkung, wie z. B. Reflexion, Beugung etc., des energieübertragenden Laserstrahls entsteht.

Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Laserschutzwandsystem den gesamten Betriebsraum umschließt.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das Laserschutzwandsystems mit ungefähr vertikal verlaufenden Wandelementen den Betriebsraum umschließt.

Es ist aber auch denkbar, dass das Laserschutzwandsystem den Betriebsraum zusätzlich mit horizontal verlaufenden Wandelementen, insbesondere mit Deckenelementen und/oder Bodenelementen, umschließt. Alternativ oder ergänzend zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird die eingangs genannte Aufgabe auch bei einer Einrichtung zur Energieübertragung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Betriebsraum mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit in einer Einhausung angeordnet ist.

Eine derartige Einhausung ist beispielsweise so ausgebildet, dass sie gebäudeübliche Trennwände umfasst.

Eine derartige Einhausung kann jedoch in der Regel nicht dazu dienen, energiereiche Laserstrahlung über längere Zeiträume aufzunehmen und zu absorbieren, sondern lediglich dazu, ein Eintreten von Fremdobjekten in den Betriebsraum zu verhindern.

Um jedoch auch das Auftreffen von energiereicherer Laserstrahlung auf der Einhausung zu verhindern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einhausung ein Laserschutzwandsystem auf einer dem Betriebsraum abgewandten Seite umgibt, so dass zwischen dem Betriebsraum und der Einhausung das Laserschutzwandsystem wirksam ist.

Damit mit der Einhausung die Möglichkeit besteht, das Eintreten von

Fremdobjekt in den Betriebsraum zu erfassen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einhausung mit einem überwachten Zugang zu versehen ist.

Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass sich durch den Zugang hindurchbewegende Fremdobjekte durch eine Zugangsüberwachung erfasst werden.

Eine derartige Zugangsüberwachung erfasst jedes sich durch den Zugang hindurchbewegende Fremdobjekt.

Insbesondere sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Zugangsüberwachung bei Energieübertragung mittels des energieübertragenden Laserstrahls und einem sich von der Zugangsüberwachung erfassten, durch den Zugang hindurchbewegenden Fremdobjekt ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Hinsichtlich der Umsetzung der Abschaltsignale bei allen vorstehend

beschrieben Ausführungsbeispiel wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.

So sieht eine zweckmäßige Lösung vor, dass bei Vorliegen eines Abschaltsignals eine der Sendeeinheit zugeordnete Steuereinheit das weitere

Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls durch die Sendeeinheit verhindert.

Ein derartiges Verhindern des Aussendens des energieübertragenden Laserstrahls kann dabei auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen.

So sieht eine Möglichkeit vor, dass die Steuereinheit eine Pumpeinheit für die Laserstrahlungsquelle abschaltet.

Alternativ oder ergänzend sieht eine andere Möglichkeit vor, dass die Steuereinheit eine optische Verstimmung der Laserstrahlungsquelle veranlasst.

Eine weitere alternativ oder ergänzende Lösung sieht vor, dass die Steuereinheit durch ein optisches Element die Rückreflexion des energieübertragenden Laserstrahls oder eine Umlenkung des energieübertragenden Laserstrahls in einen Sumpf veranlasst, so dass dieser die Sendeeinheit nicht verlassen kann .

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem bei einem Verfahren zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, bei welchem sich ausgehend von einer Sendeeinheit, ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet werden, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft, dadurch gelöst, dass eine Hüllraumüberwachung durchgeführt wird, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Weitere Ausbildungen des Verfahrens weisen Merkmale auf, die bereits im Zusammenhang mit der voranstehend erläuterten Einrichtung beschrieben wurden.

Insbesondere ist es günstig, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in den Hüllraum eingetretenes Fremdobjekt überwacht.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in dem Hüllraum bewegendes Fremdobjekt erfasst.

Eine zweckmäßige Lösung sieht vor, dass der Hüllraum sich längs des gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der

Sendeeinheit bis zur Empfängereinheit erstreckt.

Damit ist es insbesondere möglich, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum längs eines gesamten Verlaufs des energieübertragenden

Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfangseinheit überwacht.

Zweckmäßig ist es, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum optisch überwacht.

Insbesondere ist dies dadurch möglich, dass die Hüllraumüberwachung sich durch den Hüllraum hindurch ausbreitende elektromagnetische Strahlung mit mindestens einem Detektor detektiert. Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung mindestens ein der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnetes Detektorelement umfasst, welches von der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit kommende elektromagnetische Strahlung detektiert.

Insbesondere erzeugt die Hüllraumüberwachung die elektromagnetische Strahlung in Form eines Strahlungsfeldes.

Dabei ist es möglich, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein nicht kohärentes Strahlungsfeld ist.

Alternativ dazu ist es möglich, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein kohärentes Strahlungsfeld ist.

Eine zweckmäßige Realisierung sieht vor, dass das Strahlungsfeld einzelne, den Hüllraum in seiner Längsrichtung durchsetzende Strahlungsfeldbündel umfasst.

Insbesondere ist dabei jedes Strahlungsfeldbündel durch ein Laserstrahlungsfeld gebildet.

Bei einer günstigen Realisierung ist vorgesehen, dass eine Strahlungsquelle der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnet ist.

Insbesondere ist eine Strahlungsaustrittseinheit starr mit einer Abstrahloptik der Sendeeinheit und/oder der Strahlaufnahmeoptik der Empfangseinheit verbunden.

Bei einer günstigen Lösung ist vorgesehen, dass der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit ein Reflektor für von der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit kommende und den Hüllraum durchsetzende

elektromagnetische Strahlung zugeordnet ist, welche diese parallel zur Einfallsrichtung zurückreflektiert. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Einrichtung mit einer Zielüberwachung versehen wird.

Insbesondere vergleicht die Zielüberwachung ein der Intensität des

energieübertragenden Laserstrahls in der Sendeeinheit proportionales

Intensitätssignal mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Empfangseinheit proportionalen Intensitätssignal und ermittelt daraus eine Zielausrichtung des energieübertragenden Laserstrahls.

Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Zielüberwachung bei einer Fehlausrichtung ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Alternativ oder ergänzend zum vorstehend beschriebenen Verfahren sieht eine weitere Lösung der Aufgabe vor, dass ein die Einrichtung aufnehmender Betriebsraum durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende

Betriebsraumüberwachung überwacht wird.

Insbesondere wird mit der Betriebsraumüberwachung der Betriebsraum durch ein Kamerasystem erfasst.

Dabei wird zweckmäßigerweise mit dem Kamerasystem der Betriebsraum als Ganzes erfasst.

Es ist aber auch denkbar, dass das Kamerasystem einzelne Teilbereich des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst.

Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Betriebsraumüberwachung beim Erkennen eines sich im Betriebsraum bewegenden Fremdobjekts ein

Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. Eine Art der Überwachung sieht vor, dass die Betriebsraumüberwachung den Betriebsraum während der Energieübertragung durch den Laserstrahl ständig überwacht.

Eine weitere alternative oder ergänzende Lösung zu den vorstehend

erläuterten Verfahren sieht vor, dass die Sendeeinheit, der energieübertragende Laserstrahl und die Empfangseinheit in einem Betriebsraum arbeiten, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem umschlossen wird und dass insbesondere das aktive Laserschutzwandsystem mehrere

Wandelemente umfasst und dass bei Beaufschlagung eines der Wandelemente durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Beispielsweise umfasst das aktive Laserschutzwandsystem mehrere

Wandelemente und bei Beaufschlagung eines der Wandelemente wird durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Laserschutzwandsystem den gesamten Betriebsraum umschließt.

Beispielsweise werden der Betriebsraum mit der Sendeeinheit und der

Empfangseinheit in einer Einhausung angeordnet.

Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Einhausung gebäudeübliche Trennwände umfasst, wobei insbesondere die Einhausung ein Laserschutzwandsystem auf einer dem Betriebsraum abgewandten Seite umgibt.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Einhausung mit einem

überwachten Zugang versehen wird . Zur Verbesserung der Sicherheit wird dem Zugang eine Zugangsüberwachung zugeordnet, welche ein sich durch den Zugang hindurchbewegendes Fremdobjekt erfasst.

Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Zugangsüberwachung bei Energieübertragung mittels dem energieübertragenden Laserstrahl und einem sich von der Zugangsüberwachung erfassten, durch den Zugang hindurchbewegenden Fremdobjekt ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Zweckmäßigerweise wird bei Vorliegen eines Abschaltsignals eine der

Sendeeinheit zugeordnete Steuereinheit das weitere Aussenden des

energieübertragenden Laserstrahls durch die Sendeeinheit verhindert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger

Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig . 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig . 1;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Wandelements eines aktiven Laserschutzwandsystems;

Fig. 5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines

Wandelements eines aktiven Laserschutzwandsystems; Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Fig . 3 eines zweiten

Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung;

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung;

Fig. 8 einen Schnitt längs Linie 8-8 in Fig . 7 und

Fig. 9 einen Schnitt längs Linie 9-9 in Fig . 7.

Ein in Fig . 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung 10 zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfasst eine als Ganzes mit 12 bezeichnete Sendeeinheit, von welcher ausgehend ein energieübertragender Laserstrahl 14 sich in Richtung einer als Ganzes mit 16 bezeichneten Empfangseinheit ausbreitet, wobei die Entfernung zwischen der Sendeeinheit 12 und der Empfangseinheit 10 im Bereich von mehreren Metern bis mehreren hundert Metern liegen kann.

Die Sendeeinheit 12 umfasst ihrerseits beispielsweise eine Laserstrahlungsquelle 22, welche als Laserresonator oder Laserresonator gekoppelt mit einem Laserverstärker ausgebildet sein kann und hochenergetische Laserstrahlung erzeugt, aus welcher eine ebenfalls von der Sendeeinheit 12 umfasste

Abstrahloptik 24 den hochenergetischen Laserstrahl 14 bildet, welcher die Sendeeinheit 12 verlässt.

Bei der Sendeeinheit 12 ist mindestens die Abstrahloptik 24 im Raum ausrichtbar, um den energieübertragenden Laserstrahl 14 relativ zur

Empfangseinheit 16 auszurichten, so dass der energieübertragende Laserstrahl 14 optimal auf die Empfangseinheit 16 auftrifft. Dabei kann beispielsweise die Laserstrahlungsquelle 22 stationär angeordnet sein.

Es ist aber auch denkbar, die Laserstrahlungsquelle 22 mitsamt der

Abstrahloptik 24 ausrichtbar auszubilden, so dass die Einheit aus Laserstrahlungsquelle 22 und Abstrahloptik 24 relativ zur Empfangseinheit 16 optimal ausrichtbar ist.

Die Empfangseinheit 16 umfasst ihrerseits eine Strahlaufnahmeoptik 32 für den energieübertragenden Laserstrahl 14, welche gekoppelt ist mit einem ebenfalls von der Empfangseinheit umfassten Konverter 34, welcher den energieübertragenden Laserstrahl 14 auf unterschiedlichste Art und Weise konvertieren kann.

Beispielsweise kann der energieübertragende Laserstrahl 14 direkt zu einer Laserbearbeitung eingesetzt werden.

Es ist aber auch denkbar, den Konverter 34 zur Umwandlung des energieübertragenden Laserstrahls 14 in eine andere Energieform, beispielsweise elektrische Energie, einzusetzen, wobei in diesem Fall der Konverter 34 foto- voltaische Zellen zur Umwandlung des Laserstrahls 14 in elektrische Energie umfasst.

Auch bei der Empfangseinheit 16 ist mindestens die Strahlaufnahmeoptik 32 im Raum relativ zur Sendeeinheit 12, insbesondere zur Abstrahloptik 24, ausrichtbar, um eine optimale Aufnahme des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu gewährleisten .

Dabei kann der Konverter 34 stationär angeordnet sein oder es kann vorgesehen sein, die Strahlaufnahmeoptik 32 mit dem Konverter 34 relativ zur Sendeeinheit 12 ausrichtbar auszubilden. Eine derartige Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung ist beispielhaft in der deutschen Patentanmeldung 10 2012 111 978

beschrieben, wobei in dieser Anmeldung auch beschrieben ist, wie ein exaktes Auftreffen des energieübertragenden Laserstrahls 14 auf der Empfangseinheit 16 realisiert werden kann .

Um sicherzustellen, dass der energieübertragende Laserstrahl 14 stets in gewünschter Weise auf der Empfangseinheit 16 auftrifft, insbesondere die Strahlaufnahmeoptik 32 in der vorgesehenen Weise trifft, ist eine

Zielerfassungseinheit 36 vorgesehen, welche ein der Intensität des auf der Strahlaufnahmeoptik 32 auftreffenden energieübertragenden Laserstrahls 14 proportionales Signal ISE mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls 14 in der Abstrahloptik 24 proportionalen Signal ISS vergleicht und bei abweichenden Werten ein Abschaltsignal AS1 erzeugt, welches einer Steuereinheit 40 übermittelt wird, welche ein sofortiges nicht mehr Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 entweder durch Abschalten der Laserstrahlungsquelle 22 oder durch Verändern der Abstrahloptik 24, insbesondere Strahlumlenkung in der Abstrahloptik 24, veranlasst.

Die Signale ISE und ISS können der Zielerfassungseinheit 36 leitungsgebunden oder leitungslos übertragen werden.

Wird eine derartige Einrichtung 10 zur Energieübertragung derart eingesetzt, dass Fremdobjekte, insbesondere Gegenstände oder Personen, mit dem energieübertragenden Laserstrahl 14 in Berührung kommen können, so sind Schutzmaßnahmen erforderlich, da die Fremdobjekte entweder aufgrund der hochenergetischen Laserstrahlung selbst Schaden nehmen können oder Umlenkungen, z. B. Reflexe, der Laserstrahlung erzeugen können, die wiederum andere Objekte, insbesondere Gegenstände oder Personen, schädigen können. Aus diesem Grund ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung ein um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufender Hüllraum 42, welcher in Fig. 1 und Fig . 2 gestrichelt gekennzeichnet ist, durch eine Hüllraumüberwachung 44 überwacht.

Bei dem ersten dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfasst die Hüllraumüberwachung 44 eine Laserstrahlungsquelle 52, die vorzugsweise bei einer augensicheren Wellenlänge arbeitet und Laserstrahlung erzeugt, die durch einen oder mehrere Strahlteiler 54 Abstrahlköpfen 56 der Hüllraumüberwachung 44 zugeführt wird, von welchen sich mit ihrer Längsrichtung L ungefähr parallel zum energieübertragenden Laserstrahl 14, das heißt parallel oder in einem Winkel von maximal 20° zu dem energieübertragenden Laserstrahl 14, ausbreitende Sensorlaserstrahlen 58 der Hüllraumüberwachung 44 ausgehen, wobei die Sensorlaserstrahlen 58 so angeordnet sind, dass ein Querabstand A, das heißt ein Abstand in einer um den Laserstrahl 14 herum verlaufenden Umfangsrichtung U des Hüllraums 42 quer zu einer Ausbreitungsrichtung oder Längsrichtung L der Sensorlaserstrahlen 58, derselben kleiner ist als die Größe eines mindestens zu erfassenden Fremdobjekts, beispielsweise kleiner ist als 2 cm, noch besser kleiner als 1 cm, um beispielsweise sicherzustellen, dass eine, erfindungsgemäß ein Fremdobjekt darstellende, Hand einer Bedienungsperson, die sich in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls 14 bewegt, nicht zwischen zwei benachbarten Sensorlaserstrahlen 58 hindurch bewegt werden kann und somit zumindest einen der Sensorlaserstrahlen 58 tangiert und somit diesen beeinflusst.

Um den Hüllraum 42 stets definiert zu dem energieübertragenden Laserstrahl 14 ausgerichtet zu halten, sind die Abstrahlköpfe 56 insbesondere starr mit der Abstrahloptik 24 verbunden, so dass eine Bewegung derselben auch eine Bewegung des Hüllraums 42 zur Folge hat. Die Gesamtheit der Sensorlaserstrahlen 58 bildet ein Sensorstrahlungsfeld 62, welches sich im Wesentlichen parallel zum energieübertragenden Laserstrahl 14 über dessen gesamte Ausdehnung zwischen der Sendeeinheit 12 und der Empfangseinheit 16 erstreckt und auf eine der Empfangseinheit 16

zugeordnete Reflektoreinheit 64 der Hüllraumüberwachung trifft, welche sich beispielsweise ringförmig um die Empfangseinheit, beispielsweise um die Strahlaufnahmeoptik 32 herum, erstreckt.

Die Reflektoreinheit 64 kann dabei eine einfache Spiegeleinheit sein oder als Retroreflektoreinheit ausgebildet sein, welche die einzelnen einfallenden Sensorlaserstrahlen 58 _a geringfügig versetzt und parallel zum jeweils einfallenden Sensorlaserstrahl 58 _a zurückreflektiert, so dass der Hüllraum 42 auch von einem reflektierten Sensorlaserstrahl 58 _b durchsetzt wird, der sich in Richtung des jeweiligen Abstrahlkopfes 56 ausbreitet.

Beispielsweise kann für jeden der einfallenden Sensorlaserstrahlen 58 _a eine eigene Retroreflektoreinheit 68 vorgesehen sein.

Die Reflektoreinheit 64 der Hüllraumüberwachung 44 ist insbesondere starr mit der Strahlaufnahmeoptik 32 gekoppelt und so ausgerichtet, dass sie bei optimal zum energieübertragenden Laserstrahl 14 ausgerichteter Strahlaufnahmeoptik 32 die reflektierten Sensorlaserstrahlen 58 _b parallel zu den einfallenden Sensorlaserstrahlen 58 _a ausrichtet.

Damit werden die Sensorlaserstrahlen 58 von der Reflektoreinheit 64 zu der Empfangseinheit 16 zur Sendeeinheit 12 zurückreflektiert, wobei im Bereich der Sendeeinheit 12 jedem Sensorlaserstrahl 58 eine Auskoppeleinheit 72, beispielsweise in Form eines teildurchlässigen Spiegels, zugeordnet ist, die einerseits einen Teil des von den jeweiligen Abstrahlkopf 56 kommenden Sensorlaserstrahls 58 zu einem Detektor 74 auskoppelt und andererseits einen von der Reflektoreinheit 64 zurückreflektierten Sensorlaserstrahl 58 _b zu einem Detektor 76 auskoppelt. Eine mit den Detektoren 74 und 76 gekoppelte Auswerteeinheit 82 ist durch Vergleich des im Detektor 74 gemessenen Intensitätswert des vom

Abstrahlkopf 56 ausgesandten Sensorlaserstrahls 58 mit dem Intensitätswert des zurückreflektierten Sensorlaserstrahls 58 _b in der Lage, jede, eine durch ein sich bewegendes oder eindringendes Fremdobjekt erfolgende Abschattung im Bereich zwischen der Auskoppeleinheit 72 und der Reflektoreinheit 64 zu erfassen und im Fall einer derartigen Abschattung, erkennbar durch einen sich veränderten Differenzwert zwischen dem vom Detektor 74 erfassten

Intensitätswert relativ zu den vom Detektor 76 erfassten Intensitätswert, ein Abschaltsignal AS2 zu erzeugen, welches der Steuereinheit 40 der Sendeeinheit 12 übermittelt wird und die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, bei Vorliegen des Abschaltsignals AS2 ein Aussenden des energieübertragenden Laserstrahlsl4 sofort zu verhindern.

Dies kann beispielsweise durch Abschalten der Laserstrahlungsquelle 22 und/oder durch eine Strahlumlenkung zu einem Sumpf und/oder eine Strahlrückreflexion in der Abstrahloptik 24 erfolgen.

Da die vorstehend beschriebene Überwachung des jeweiligen Sensorlaserstrahls 58 mit dem einfallenden und dem zurückreflektierten Sensorlaserstrahls 58 _b bei jedem der Sensorlaserstrahlen 58 und somit im gesamten Sensorstrahlungsfeld 62 erfolgt, wird ein in den Hüllraum 42 eindringendes Fremdobjekt oder ein sich in diesem bewegendes Fremdobjekt sofort zu einem nicht mehr erfolgenden Aussenden des energieübertragenden Laserstrahles 14 führen.

Mit der Überwachung des Hüllraums 42 durch die Hüllraumüberwachung 44 besteht somit die Möglichkeit, einen Kontakt eines sich dem energieübertragenden Laserstrahls 14 nähernden Fremdobjekts mit dem Laserstrahl 14 zu verhindern und somit entweder eine Beschädigung des Fremdobjekts oder eine durch dieses Fremdobjekt unerwünschte Reflexion des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu verhindern. Alternativ oder ergänzend zur Überwachung des Hüllraums 42 ist beim ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung noch eine Überwachung eines Betriebsraums 102, in welchem die Sendeeinheit 12, der energieübertragende Laserstrahl 14 und die Empfangseinheit 16 sowie der Hüllraum 42 angeordnet sind, vorgesehen.

Der Betriebsraum 102 umschließt insbesondere den Hüllraum 42 und die Sendeeinheit 12 sowie die Empfangseinheit 16.

Dieser gesamte Betriebsraum 102 wird dabei überwacht durch eine als Ganzes mit 104 bezeichnete Bewegungsüberwachung, wobei die Bewegungsüberwachung 104 beispielsweise ein Kamerasystem 106 aufweist, welches entweder den Betriebsraum 102 zum jeweiligen Zeitpunkt als Ganzes erfasst oder zeitlich aufeinanderfolgend einzelne Teilbereiche 108 des Betriebsraums 102 erfasst, wobei durch Erfassen aller Teilbereiche 108 der gesamte

Betriebsraum 102 erfasst werden kann, und somit zusammen mit einer Bildauswertesoftware in der Lage ist, jegliches, sich im Betriebsraum 102 bewegende Fremdobjekt zu erkennen.

Erkennt die Betriebsraumüberwachung 104 ein sich bewegendes Fremdobjekt im Betriebsraum 102 so wird ein Abschaltsignal AS3 erzeugt, welches die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, das Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu unterbinden.

Der Betriebsraum 102 könnte prinzipiell von in der Gebäudetechnik üblichen Trennwänden umgeben sein, die jedoch dem energieübertragenden Laserstrahl 14 nur sehr begrenzte Zeit standhalten können.

Um jedoch den Schutz zu verbessern, sieht alternativ oder ergänzend zu den bisherigen Schutzmaßnahmen eine weitere Schutzmaßnahme des ersten Ausführungsbeispiels vor, dass der Betriebsraum 102 durch ein aktives Laserschutzwandsystem 112 umgeben ist. Ein derartiges aktives Laserschutzwandsystem 112 ist ein aktives System, welches bei einem Auftreffen energiereicher Laserstrahlung, beispielsweise oberhalb einer definierbaren Intensitätsschwelle, auf einem seiner Wandelemente ein Abschaltsignal AS4 des aktiven Laserschutzwandsystems 112 auslöst, welches die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, das Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 durch die Sendeeinheit 12 zu unterbinden.

Eine erste Ausführungsform eines Wandelements 122 des derartigen aktiven Laserschutzwandsystems 112 sieht vor, dass dieses auf seiner dem

Betriebsraum 102 zugewandten Seite eine flächige Heißleiterschicht 124 aufweist, die beim Auftreffen eines energiereichen Laserstrahls, beispielsweise des durch Reflexion abgelenkten energieübertragenden Laserstrahls 14, ihre Leitfähigkeit ändert (Fig . 4).

Wird die Leitfähigkeit des Heißleiters 124 durch eine Auswerteeinheit 126 erfasst, so kann ein Auftreffen eines energiereichen Laserstrahls auf dem flächenhaften Heißleiter durch die Auswerteeinheit 126 erkannt und das Abschaltsignal AS4 erzeugt werden.

Eine zweite Ausführungsform eines Wandelements 132 des aktiven Laserschutzwandsystems 112 sieht vor, dass ein auftreffender energiereicher Laserstrahl dann, wenn er eine dem Betriebsraum 102 zugewandte Außenhaut 134 der aktiven Laserschutzwand 132 zerstört hat, in eine lichtleitende Schicht 136 eintritt, die von der Außenhaut 134 abgedeckt ist und sich in der lichtleitenden Schicht 136 ausbreitet, wobei die lichtleitende Schicht 136 durch einen

Detektor 138 überwacht wird, welcher bei Erkennen von Laserstrahlung des Abschaltsignal AS4' generiert (Fig . 5). Erfindungsgemäß ist der Betriebsraum 102 zumindest im Bereich senkrechter Wände, vorzugsweise allseitig, durch das aktive Laserschutzwandsystem 112 mit seinen Wandelementen umschlossen, welches bei einem Auftreffen eines energiereichen Laserstrahls das Abschaltsignal AS4 generiert.

Ergänzend oder alternativ zu den bisher beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen ist der Betriebsraum 102, insbesondere mitsamt dem diesen umschließenden Laserschutzwandsystem 112 in einer Einhausung 142 angeordnet, welche übliche Gebäudewände umfasst und einen Zugang 144 aufweist, welcher mit einer Zugangskontrolle 146 versehen ist, welche dann, wenn eine Energieübertragung durch den energieübertragenden Laserstrahl 14 erfolgt und wenn ein Fremdobjekt die Zugangsüberwachung 146 passiert, ein Abschaltsignal AS5 erzeugt, welches ebenfalls die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, ein Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu unterbinden.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, einer erfindungsgemäßen Einrichtung sind alle Komponenten derselben mit den Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels identisch bis auf die Ausbildung der Retroreflektoreinheit 68'.

Diese ist - wie in Fig . 6 dargestellt - so ausgebildet, dass der reflektierte Sensorlaserstrahl 58 _b relativ zum einfallenden Sensorlaserstrahl 58 _a querversetzt ist, und zwar in Richtung des nächstfolgenden einfallenden Sensorlaserstrahls 58 _a , so dass das den Hüllraum 42 durchsetzende Sensorstrahlungsfeld 62 noch weit geringere Abstände A' zwischen den Sensorlaserstrahlen 58 aufweist, und somit das Sensorstrahlungsfeld 62 den Hüllraum 42 auch in einer quer zur Längsrichtung L verlaufenden Umfangsrichtung U bis auf geringe Freiräume 66' ausfüllt.

Hinsichtlich der übrigen Merkmale wird ferner vollinhaltlich auf die

Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, dargestellt in Fig. 7 bis 9 sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung 42' einen der Sendeeinheit 12 zugeordneten Ring 162 aus einzelnen Pixel-Arrays 164 aufweist, wie in Fig. 8 dargestellt.

Mit den Pixel-Arrays 164 des Rings 162 ist ein Ring 172 der Hüllraumüberwachung 44', welcher die Strahlaufnahmeoptik 32 umschließt, und

insbesondere mit dieser starr verbunden ist, beobachtbar, der ein

Targetmuster 174 aufweist.

Das Targetmuster 174 kann dabei ein durch eine dritte Lichtquelle

angeleuchtetes Targetmuster sein oder ein selbstleuchtendes Targetmuster, die beide durch die Pixel-Arrays 164 des Rings 162 beobachtbar sind .

Sobald die Pixel-Arrays 164 eine Störung des Targetmusters 174 erkennen, wird das Abschaltsignal AS2 von der Auswerteeinheit 82' erzeugt, die die Signale der Pixel-Arrays 164 auswertet und Änderungen bei der Erkennung des Targets 174 zum Anlass nimmt, das Abschaltsignal AS2 zu erzeugen.